[发明专利]二维位置传感器

说明书

技术领域

无

背景技术

本发明涉及2维位置传感器。更特定来说，本发明涉及基于电容性接近度感测技术的类型的2维位置传感器。此些传感器可称为2维电容性变换(2DCT)传感器。2DCT传感器是基于检测由指向物体的接近引起的传感器电极与接地或另一电极的电容性耦合的干扰。干扰的测得位置对应于指向物体的测得位置。

2DCT传感器通常由人手指或触笔致动。实例装置包含例如用于控制消费者电子装置/家用电器且可能结合下伏显示器(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))使用的触摸屏幕和触敏键盘/小键盘。可并入2DCT传感器的其它装置包含例如用于在用于反馈控制目的的机器中使用的笔输入的平板和编码器。

采用2DCT传感器的装置不仅结合个人计算机而且在例如个人数字助理(PDA)、销售点(POS)终端、电子信息和售票亭、厨房电器等所有方式的其它电器中均已变得日益流行和常见。2DCT传感器因为若干原因常常称为机械开关。举例来说，2DCT传感器无需移动零件，且因此与其机械对应物相比较不容易经受磨损。2DCT传感器也可制作为尺寸相对小，使得可提供对应小的且紧密包装的小键盘阵列。此外，2DCT传感器可提供于环境密封的外表面/覆盖面板下方。这使得其在潮湿环境中或在存在污物或流体进入装置的危险的地方的使用变得受控地有吸引力。

此外，制造商常在其产品中优选采用基于2DCT传感器的接口，因为此些接口常被消费者视为比常规机械输入机构(例如，按钮)在美学上更让人愉悦。

2DCT传感器可视为广义上属于两个类别。即，基于无源电容性感测技术的2DCT传感器，和基于有源电容性感测技术的2DCT传感器。

无源电容性感测装置依赖于测量感测电极到系统参考电位(地)的电容。此技术潜在的原理描述于例如US 5,730,165[1]和US 6,466,036[2]中。US 5,730,165和US6,466,036的内容作为描述本发明的背景材料的参考以全文并入本文。广义概述上，无源电容性传感器采用耦合到电容测量电路的感测电极。每一电容测量电路测量其相关联感测电极到系统接地的电容(电容性耦合)。当不存在靠近感测电极的指向物体时，测得的电容具有背景/静止值。此值取决于感测电极和到达其的连接引线的几何形状和布局等，以及相邻物体(例如，接近于接地平面附近的感测电极)的性质和位置。当指向物体(例如，用户的手指)接近感测电极时，指向物体表现为虚拟接地。这用以增加感测电极到接地的测得电容。因此，采用测得电容的增加来指示指向物体的存在。

US 5,730,165和US 6,466,036主要是针对离散(单个按钮)测量，而不是针对2D位置传感器应用。然而，US 5,730,165和US 6,466,036中描述的原理容易例如通过提供电极以界定2D离散感测区域阵列或呈矩阵配置的电极行和列而应用于2DCT传感器。

已发现无源感测技术在若干应用中非常有用且可靠。然而，存在一些缺陷。举例来说，无源2DCT传感器对外部接地负载强烈敏感。也就是说，此些传感器的敏感度可因附近的到接地的低阻抗连接的存在而显著减小。这可限制其可应用性。举例来说，一些类型的显示器屏幕技术提供穿过可见屏幕的到接地的低阻抗耦合。这意味着覆盖显示器屏幕的无源2DCT将常表现不佳，因为穿过屏幕本身的相对强的到接地的耦合减小了2DCT对由接近的指向物体引起的任何到接地的额外耦合的敏感度。类似的效应意味着2DCT可对其环境中的改变相对敏感，例如，2DCT传感器可能根据其位置而不同地表现，原因是到外部物体的电容性耦合(接地负载)的差异。2DCT传感器还对环境条件(例如，温度、湿度、累积污物和溢出流体等)相对敏感。所有这些影响了传感器的可靠性和敏感度。此外，与无源2DCT感测相关联的测量电路大体上具有高输入阻抗。这使得无源传感器容易经受电噪声拾取，例如射频(RF)噪声。这可减少传感器的可靠新/敏感度，且还对传感器设计施加约束，例如，在感测电极与相关联电路之间使用相对长的连接引线/迹线存在有限的自由度。